Dans le secteur de l’impression 3D, les industriels recherchent de plus en plus des matériaux composites car ils offrent des propriétés mécaniques plus intéressantes notamment en termes de résistance : le matériau en question appelé “matrice” (le plus souvent un thermoplastique) comprend des fibres – carbone, aramide, verre – qui permettent d’augmenter la solidité de la pièce finale, de diminuer son poids total voire même de remplacer l’utilisation du métal. Aujourd’hui, la plupart des imprimantes 3D FDM de bureau peuvent imprimer des filaments composites à condition d’avoir une buse en acier trempé. Mais ces machines ne permettent pas de déposer les fibres directement dans le matériau matrice, pendant l’impression. C’est pourquoi plusieurs fabricants ont développé des solutions capables d’extruder à la fois la matrice et les fibres afin d’obtenir des pièces encore plus résistantes. On vous a donc sélectionné quelques imprimantes 3D composite qui s’appuient sur différentes technologies, capables de mélanger deux matériaux pendant l’impression.
Jeune fabricant suisse, 9T Labs a développé sa gamme Red Series capable de produire des pièces composites de qualité. Celle-ci intègre une imprimante 3D, un module de fusion pour consolider la pièce finale, ainsi que la suite logicielle et des matériaux comme du PEKK et du PA renforcés en fibres de carbone. Son procédé Additive Fusion Technology permet d’orienter les fibres de façon optimale dans la pièce afin de garantir des propriétés structurelles et mécaniques élevées.
Le fabricant russe a développé une gamme de machines capables d’imprimer des composites à fibres continues : la Composer, une solution de bureau plus accessible et la Prom IS 500 pensée pour les industriels. Elles s’appuient toutes les deux sur la technologie brevetée Composite Fiber Coextrusion (CFC) qui vient ajouter des fibres continues à un thermoplastique de base comme le PLA, ABS, PETG, nylon, etc. L’utilisateur peut modifier la densité de remplissage composite ou faire varier la direction des fibres pour obtenir des pièces optimales. L’Anisoprint Composer est disponible en deux formats – l’A3 qui a un volume d’impression de 420 mm х 297 mm х 210 mm et l’A4 avec son volume de 297 mm х 210 mm х 140 mm. Elle peut imprimer des fibres de carbone mais aussi de balsat tout comme la Prom IS 500 qui peut créer des pièces de 600mm x 420mm x 300mm.
Certaines entreprises ont développé une approche qui combine l’impression composite 3D et la robotique pour créer la plus grande flexibilité possible en termes de taille des pièces à imprimer. Arevo en est le parfait exemple : il utilise un procédé laser monté sur un robot à 6 axes pour l’impression de fibres de carbone. Dans cette méthode, celles-ci sont chauffées et coupées en différentes couches, puis appliquées à l’objet. La startup Arevo s’est notamment fait connaître par l’impression d’un cadre monocoque en collaboration avec le fabricant de vélos Franco Bicycles.
Le fabricant CEAD a commencé à développer sa technologie d’impression 3D composite dès 2017. Aujourd’hui, elle est connue sous le nom de Continuous Fibre Additive Manufacturing (CFAM) et permet de fabriquer des pièces renforcées en fibres continues à grande échelle. La principale solution de l’entreprise est la CFAM Prime, dédiée à la fabrication de grandes pièces en un seul passage. La tête d’impression brevetée combine la fibre continue avec le thermoplastique fondu pour donner aux pièces une plus grande résistance. L’entreprise CEAD confirme que pratiquement tous les différents matériaux thermoplastiques peuvent être utilisés, combinés avec des fibres de verre ou de carbone courtes et continues. La CFAM Prime a un volume de construction de 4 m x 2 m x 1,5 m, offre un environnement entièrement clos et peut atteindre une production moyenne de 15 kg par heure.
Fondée en 2015, Continuous Composites est une entreprise qui encourage le développement de technologies innovantes pour l’industrie. Afin de résoudre certains problèmes de vitesses lentes, de matériaux peu résistants et de petits volumes de fabrication, elle a créé la solution CF3D®. Celle-ci est un peu différente des procédés ci-dessus car elle mêle à la fois l’extrusion et la stéréolithographie. En effet, ce processus de fabrication automatisé commence par déposer une fibre sèche continue qui est ensuite imprégnée d’une résine durcissement rapide grâce à un autre extrudeur. La résine est alors durcie par un laser. Cette méthode élimine le besoin de moules, de fours et d’autoclaves, ce qui permet d’obtenir un rendement élevé de matériaux à un coût moindre. La technologie CF3D® permet d’imprimer des fibres structurelles et fonctionnelles en une seule étape.
Le fabricant Desktop Metal s’est fait connaître pour ses solutions d’impression 3D métal, plus accessibles que les machines traditionnelles. Il s’est récemment attaqué au marché de l’impression 3D composte en lançant son imprimante Fiber. Cette machine est basée sur la technologie AFP (Automated Fiber Placement) pour permettre le placement automatisé des fibres – elle s’appuie également sur le processus de dépôt de matière fondue. Le principal avantage de la méthode utilisée par Fiber, est la fabrication de pièces deux fois plus résistantes que l’acier et cinq fois plus légères, en plus de réduire le coût de production. Parmi les matériaux compatibles avec cette technologie figurent des thermoplastiques à haute performance tels que le nylon (PA6) ou le PEEK et le PEKK.
Fondé en 2002, EnvisionTec fabrique et vend des imprimantes 3D et des matériaux propriétaires. La société vend plus de 40 imprimantes 3D basées sur 6 technologies distinctes. Si l’on considère le segment des composites, EnvisionTec a lancé sa solution SLCOM 1 en 2016. Basée sur la technologie SLCOM (Selective Lamination Composite Object Manufacturing), elle fabrique des composites à fibres tissées pré-imprégnés. Le processus de laminage repose sur des matériaux en couches minces, qui sont enduits d’adhésif et successivement collés couche par couche. L’entreprise propose un large choix de matériaux et de fibres pour l’impression, tels que le PEEK, le PEI, le PP, le PE (renforcé de fibres de carbone, de verre, d’aramide, etc.). La SLCOM 1 a un volume de construction de 762 x 610 x 610 mm et peut imprimer jusqu’à 51 cm par seconde (en vitesse linéaire).
La société américaine Impossible Objects a développé sa technologie d’impression 3D composite appelée composite-based additive manufacturing (CBAM), conçue spécifiquement pour les composites tels que la fibre de carbone et la fibre de verre associée au nylon et au PEEK. Elle est basée sur des méthodes d’impression à jet d’encre à grande vitesse. En d’autres termes, des feuilles de tissu à longues fibres de carbone ou de verre sont automatiquement combinées avec les poudres thermoplastiques pour produire des pièces composites en 3D. Leur système industriel CBAM-2 exploite cette technologie pour produire des pièces solides et légères grâce aux fibres longues.
Le fabricant Markforged est sûrement l’un des premiers à avoir développé des solutions d’impression 3D composite. Sa technologie Continuous Filament Fabrication (CFF) permet d’extruder couche par couche la matrice renforcée en fibres. Markforged propose aujourd’hui 4 types de renforcement, qui sont la fibre de carbone, la fibre de verre, le Kevlar et la fibre de verre HSHT. Les matériaux composites sont compatibles avec plusieurs des imprimantes 3D de Markforged, notamment les séries Desktop (Onyx One, Onyx Pro et Mark Two), qui allient qualité industrielle et prix abordable, et les séries Industrial (X3, X5 et X7), qui offrent une grande précision, fiabilité et répétabilité.
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